CONCEPTION THERMIQUE D'UN HABITAT :

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1 CONCEPTION THERMIQUE D'UN HABITAT : RAPPELS, STRATÉGIES DPEA Terre I. La notion de confort thermique : un concept pour le moins mouvant 1. Nuisance thermique / Confort thermique / Ambiance thermique Le confort thermique : une notion en perpétuelle redéfinition De la perception à l'action : les usages in situ Théorie des trois conforts (P. Amphoux) 2. Paramètres physiques de base Chaleur : trois modes de transfert Importance de la température des parois Le diagramme de l'air humide 3. Des paramètres physiologiques au confort thermohygrométrique Le métabolisme humain La température résultante Les graphes de confort II. De la course du soleil aux stratégies de conception pour l'habitat 1. Positions du soleil et apports énergétiques Latitude et géométrie solaire Apport énergétique 2. Les stratégies du chaud : pour les périodes ou régions froides Capter - Stocker - Distribuer - Conserver 3. Les stratégies du froid : pour les périodes ou régions chaudes Protéger - Éviter - Dissiper - Rafraîchir - Minimiser École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 1

2 III. Application à la serre 1. Eté / Hiver - Nuit / Jour 4 configurations possibles 2. Simulation numérique Aperçu avec le logiciel Pleiades (3. Visite in situ) Petit ensemble de logement, architecte Bruno Burlat > IV. Caractéristiques physiques des matériaux 1. Échanges thermiques Flux thermique Résistance et conductance Application à la composition d'une paroi 2. Stratégies d'élaboration des parois d'une enveloppe Stratégies classiques Stratégies "écologiques" 3. Autres inforamtions utiles Réflexion / Transmission / Absorption Surface des matériaux : Absorbance / Réflectance au R.S. & émissivité / réflectance au R.I.R Les matériaux transparents : l'effet de serre Évolution des paramètres (vieillissement, humidité, température, ) V. Comportement dynamique d'un édifice 1. Apports et perditions thermiques Phénomènes permanents et phénomènes dynamiques Bilan des pertes thermiques et des captages solaires 2. Deux principes d'inertie thermique La diffusivité et l'effusivité L'inertie thermique de transmission L'inertie thermique d'absorption 3. Et la terre? Caractéristiques et performances, aperçu École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 2

3 QUELQUES RÉFÉRENCES Sur le confort thermique et l'énergétique Collectif (Energy Research Group, University College Dublin) (1996). The climatic dwelling. An introduction to climate responsive residential architecture, Londres : Éd. James & James - Union européenne. Collectif (Centre de Recherches en Architecture de l'université Catholique de Louvain, Energy Research Group of University College Dublin) (1992). Energy conscious design, A primer for architects, Londres : Éd. John R. Goulding, J. Owen Lewis, Theo C. Steemers - Union européenne. Heschong Lisa (1981). Architecture et volupté thermique, Marseille : Éditions Parenthèses (traduction Hubert Guillaud). Lavigne Pierre et alii (1994). Architecture climatique, Aix-en-Provence : Éd. Edisud, Tome 1 et 2. Oliva Jean-Pierre (2001). L'isolation écologique, Mens : Éd. Terre vivante. Salomon Thierry, Bedel Stéphane (2001). La maison des [néga]watts, Mens : Éd. Terre vivante. Sur la notion de confort dans l'habitat Amphoux Pascal et alii (1989). Dictionnaire critique de la domotique, dans le cadre Habitation Horizon 2000, Lausanne : Éd. IREC / EPFL. Goubert J.-P. (sous la direction de) (1988). Du luxe au confort, Paris : Éd. Belin. Liens utiles : données et outils numériques Documents élaborés par la communauté européenne (exemples, vidéo, plaquettes, ) Outils numériques en lignes (JavaScript) permettant de calculer la course du soleil, l'apport énergétique sur une surface et l'effectivité d'un pare-soleil [Pour des données plus précises, mais plus complexes : Informations et données météorologiques par département + Informations : > Enseignements > Cours & travaux > Cours > N. Tixier > Ambiances thermiques École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 3

4 Stratégie du chaud / Stratégie du froid STRATÉGIE DU CHAUD > HIVER CAPTER - STOCKER - DISTRIBUER - CONSERVER STRATÉGIE DU FROID > ÉTÉ PROTEGER - EVITER - DISSIPER - RAFRAÎCHIR - MINIMISER Schémas in Collectif (Energy Research Group, University College Dublin) (1996). The climatic dwelling. An introduction to climate responsive residential architecture, Londres : Éd. James & James - Union européenne. École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 4

5 Diagramme du confort Schéma in Lavigne Pierre et alii (1994). Architecture climatique, Aix-en-Provence : Éd. Edisud, Tome 1 École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 5

6 RÔLE DE L'INERTIE THERMIQUE DEUX EXEMPLES EXTRÈMES LA GROTTE ET LA TENTE La grotte La tente Inertie thermique très grande Quand il y a de grandes variations de T C extérieure Variations de T C intérieure quasi nulles Inertie thermique quasi nulle Quand il y a de grandes variations de T C extérieure Variations de T C intérieure très importantes MAIS AUSSI LA CAVE ET LA SERRE La cave La serre Inertie thermique très grande Quand il y a de grandes variations de T C extérieure Variations de T C intérieure quasi nulles Allure des variations jour / nuit Inertie thermique quasi nulle Quand il y a de grandes variations de T C extérieure Variations de T C intérieure très importantes Allure des variations jour / nuit [Sans système de chauffage ni de climatisation] [Sans système de chauffage ni de climatisation] École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 6

7 L'inertie thermique (par absorption) est la capacité d'un matériau à accumuler puis à restituer un flux thermique C'est la capacité thermique d'un matériau qui détermine son inertie. Plus la capacité thermique est élevée, plus le matériau est capable de stocker et de restituer des quantités de chaleur. Une pierre, un mur (maçonnerie) ensoleillé reste chaud longtemps après le coucher du soleil et pour les mêmes raisons, une cave reste fraîche même en plein été. C'est la forte inertie thermique du mur qui permet ce phénomène. La capacité thermique dépend de trois paramètres propre à chaque matériau : La conductivité thermique la chaleur spécifique la densité (masse volumique). UNE INERTIE? DEUX INERTIES! On parle souvent d'inertie thermique au singulier concernant une paroi. Mais, plus précisément, nous pouvons distinguer deux types d'inertie de nature différente (cf. Lavigne Pierre et alii (1994). Architecture climatique, Aix-en- Provence : Éd. Edisud, Tome 1) : L'inertie de transmission Agit en résistant à la transmission de la température et de la chaleur. Elle ne concerne que les parois opaques de l'enveloppe d'un bâtiment. Concrètement, l'inertie de transmission augmente quand, pour les matériaux de paroi : La diffusivité augmente (a) La conductivité diminue (λ) L'épaisseur augmente (e) L'inertie d'absorption Réduit les variations de température en absorbant (ou restituant) la chaleur (la puissance thermique). Concrètement, l'inertie par absorption augmente quand, pour les surfaces opaques d'enveloppes : L'effusivité augmente (b) Concrètement, l'inertie par absorption augmente quand, pour les structures-cloisonnements intérieures d'épaisseur suffisante et de surface I : L'effusivité augmente (b) La surface augmente (I) Concrètement, l'inertie par absorption augmente quand, pour les couches intérieures d'épaisseur suffisante de l'enveloppe de surface S : L'effusivité augmente (b) La surface augmente (S) Quelques remarques valables pour l'habitat en climat tempéré. La capacité thermique d'une paroi est surtout utile que si elle est placée du côté intérieur du bâtiment et isolée des conditions climatiques extérieures. Construire en "forte inertie", c'est donc utiliser des matériaux lourds à l'intérieur de l'habitat afin de stocker la chaleur solaire et d'atténuer les variations de température interne. À l'inverse, une maison à "faible inertie" montera vite en température au moindre rayon de soleil sans possibilité de stocker la chaleur solaire. Les écarts de température internes seront importants. Les risques de surchauffe élevés. Une forte inertie est surtout utile en cas d'occupation permanente. Une faible inertie peut être intéressante pour des locaux à usage intermittent. École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 7

8 COMPARAISON DE DEUX MAISONS IDENTIQUES La première maison a une forte inertie thermique car l'isolation est placée à l'extérieur (mur en maçonnerie). La seconde maison a une faible inertie thermique car l'isolation est placée à l'intérieur (mur en maçonnerie). Si on augmente progressivement, dans ses deux maisons, la surface de vitrage en façade sud, voici sur le schéma de droite comment vont évoluer les besoins de chauffages. Source : Thierry Salomon et Stéphane Bedel, La maison des [néga]watts, Mens : Éd. Terre vivante, La prise en compte pour l'habitat d'une forte inertie thermique dans la conception offre de nombreux avantages tant au point de vue du confort de l'usager que de celui de l'économie d'énergie et d'une logique de développement durable. Mais attention, il n'y a pas de systématisme à son utilisation! Choisir d'avoir une inertie thermique faible ou forte pour une construction nécessite de prendre en compte : - Le climat - L'orientation - Les usages - Les ouvertures (tailles, orientation, pare-soleil) - La ventilation (peut-elle être traversante la nuit?) - Le système constructif (sols, murs, cloisons) - Les matériaux et les revêtements de surface - (Pose de l'isolation, limitation des ponts thermiques, etc.) - École d'architecture de Grenoble > DPEA Terre > Références > Nicolas.Tixier@grenoble.archi.fr > Éd. du 31/03/03 8